1 引言 

自动化仓库（Automatic Storage & Retrieval System，AS/RS），一般由立体式货架、堆垛机、穿梭车、输送系统、仓储控制系统和管理信息系统组成。其在发达国家已经相当普遍，日本是自动化立体仓库发展最快、建造数量最多的国家，美国、德国等也建造了许多自动化立体仓库。我国的自动化仓库系统平均水平低于先进发达的国家，据不完全统计，目前我国已建成的立体仓库近7000座，其中全自动的立体仓库有2000多座。自动化仓库已经在港口、物流配送中心、医药、烟草、冶金、化工、航空航天、电子、图书、食品加工、印刷、机场等行业得到了越来越多的推广和应用。

自动化仓库的仓库管理系统（Warehouse Management System, WMS）和仓库控制系统（Warehouse Control System, WCS）的主要任务是对自动化仓库中的物料、货位等基本信息进行管理，优化仓库存储的效率，管理物料的在库情况并控制仓库中的自动化设备，实现仓库中物料的自动出入库和盘点等库内作业。

由于个性化定制而带来的大批量订单出入库的优化调度问题，RFID等物联网技术在自动化仓库追溯管理的应用，以及为应对海量品种、成千上万订单的拆零拣选发展起来的料箱等自动化仓储方式和形态的管控，都要求WMS和WCS不断增加功能，提升智能化程度，以有效适应这些新特征。结合这些新的问题和需求，面向自动化仓库，海得控制在车间自动化缓存仓库管控方案和柔性智能车间生产物流调度方案的经验积累基础之上，研发了智能仓储管理/控制系统。

2 智能仓储管理/控制系统 

   面向自动化仓库，智能仓储管理/控制系统集成了智能仓储管理系统WMS和智能仓储控制系统WCS，避免了两个独立系统间的信息孤岛问题，实现了自动化仓库的管控一体化，其系统架构如图1所示。

 

图1智能仓储管理/控制系统架构

2.1 智能仓储管理系统 

   智能仓储管理系统对到货检验、入库、出库、分拣、库存盘点等各个作业环节的数据进行自动化数据采集，并通过各种无线通道和手持终端及车载终端将采集数据实时上传至后台系统，保证仓库管理各个环节数据输入的速度和准确性，提高仓库管理的工作效率，合理保持和控制企业库存。其网络架构和主要功能模块如图2所示。

图2 智能仓储管理系统概要

智能仓储管理系统主要功能和关键技术说明如下：

组盘

对于需要入库到立体库的物资，必须进行组盘。组盘活动将完成收货的物资与托盘进行绑定。系统组盘功能包括记录与指定托盘绑定的物资的最小存货单位(Stock Keeping Unit,SKU)、批次属性、组盘数量；系统根据上架目标、事先设置的上架规则，自动形成上架任务，并在任务中规定上架的目标货位。

入库库位选择

入库货位选择有多种方式：包括指定、随机、分类、分类随机、预测等方式，可根据具体场景和时间人工选择。

出库订单分配

出库订单分配，是指系统决定订单上的物资到哪个指定的库位进行出库作业，所以它是

出库流程中的关键环节。在分配订单时，支持根据在业务规则设置中确定的分配策略（如先进先出等）确定出库的物资、库位，以及人工指定库位方式。

出入库作业调度

基于启发式方法和动态规划算法，优化复合作业的订单顺序，尽量减少无效路径，提高自动化仓库的运行效率，减少能源消耗。

库存盘点

建立库存盘点任务，可按照货主、物资分类、SKU、库区、库位、托盘、批次属性等条

件生成盘点单，或指定自上次盘点后发生过库存交易的物资生成盘点单。拣选员对盘点单中的项目逐一进行实物盘点，记录实盘数，并录入到系统盘点单中。系统支持在盘点结果基础上生成差异盘点任务，将有盘亏盘盈的库存产品再次盘点。

数据追溯

通过RFID等实现对物料入库、出库、存储、盘点等全过程追溯；还可借助ERP接口，获取物料质量参数、供应商信息，借助MES接口，获取生产过程数据；生成追溯报表，并提供追溯查询接口。

货位锁定

WMS可提供自动和手工锁定货位功能。堆垛机故障时WMS自动锁定货位，具有权限的操作人员也可手动锁定。

故障处理

WMS故障类型很多。主要有两类：

库位空故障：出库时，当记录的货位有托盘，但实际监测没有，允许人工修改库位状态，手动删除该出库任务，并手动或自动新增出库任务；

库位满故障：入库时，当记录的货位无货物，但实际监测有托盘，允许人工修改库位状态，手动删除该入库任务，并手动或自动新增入库任务；

系统接口

实现与ERP\MES\WCS等关联系统的数据通讯。

2.2 智能仓储控制系统 

   WCS是位于WMS系统和PLC系统之间的一层管理控制系统，一方面它与WMS系统进行信息交互，接收WMS指令，然后进行调度和路径规划，并下发到PLC执行；另一方面通过SCADA将PLC和自动化仓库的实时数据反馈给WMS，用于监视和管理。

 

 

 

图3 智能仓库控制系统

WCS主要功能包括：实时监控、路径规划、手动规划、任务执行和任务管理等。

实时监控

以“电子地图”呈现整个自动化仓库状态，对物流设备上线状态、重要交互信号以及所有设备重要参数和报警信息进行实时动态显示；同时将作业执行情况反馈给WMS。如图3-2和图3-3所示。

路径规划

接收WMS的出库和入库作业指令，根据作业的起点和终点，对于自动化立体仓库的堆垛机、输送机和AGV/RGV，以及料箱存储方式自动化仓库的搬运AGV等，采用基于图论、多Agnet系统理论与技术、移动闭塞技术、动态时间窗方法、Dijkstra算法和A*算法等进行机器人调度和路径规划，最大化出入库效率。避免冲突和死锁问题，并最小化路径长度。

手动规划

可接受手动调度目标点，通过人工辅助添加任务方式实现客制化出入库和运输需求，并自动进行路径规划，并消解路径冲突。

任务执行

执行路径规划后的出入库任务或输送任务，控制堆垛机、输送机、AGV/RGV等将物料从起点运往终点。

任务管理

任务管理包含任务控制和任务监视。任务控制是对执行中的任务针对性的人工暂停、继续、停止等操作。任务监视是监视执行中的任务状态，为任务路径及时调整、新任务派发提供数据支撑。

3 方案优势 

海得控制研发的自动化仓库智能仓储管理/控制系统使自动化仓库从“静态仓库”成为“动态仓库”和“智能仓库”，具有如下优势：

仓储管控一体化

实现了WMS与WCS的集成，可以避免两个独立系统间的信息孤岛问题，最大程度实现两者数据的共享和同步，保障仓储作业的协调、安全、高效进行，进而提升物流系统的整体运作效率和安全性。并能减少两者的功能重叠，缩短开发和实施时间。

丰富的路径规划算法

基于柔性智能车间生产物流调度系统方案经验，积累了丰富的路径规划算法，为优化出入库和拣货效率、避免冲突和死锁问题提供了较强的计算引擎。

数据追溯

通过RFID等实现对物料入库、出库、存储、盘点等全过程追溯；还可借助ERP和MES接口，实现从原料到成品的全生命周期追溯。

灵活的NetSCADA接口

WCS底层采用自主软件NetSCADA进行数据采集和监视，有较多实用的如曲线、表格、报表等插件；且比其它上位机软件更灵活，开放了很多的接口方法能够相对灵活地给出解决方案，满足客户的需求。

与生产物流调度系统贯通的能力

在智能工厂中，仓储物流系统是整个企业生产管理大系统（采购、生产、装配、试验、配送等）的一个子系统，建立仓储物流系统与企业生产物流系统的连接，是目前智能仓储物流的一个发展趋势。海得控制研发实施了国内制药行业第1个柔性智能车间生产物流调度系统的成功案例，具备与自动化仓库智能管理/控制系统进行集成的技术基础，可以实现智能工厂中智能物流的全部贯通。